Bij de ontwikkeling van hightech systemen kan een beslissing binnen één discipline gevolgen hebben voor het hele systeem. Elektronica-architect Newton Fonseca ervaart dit voortdurend in zijn werk bij VDL ETG Technology & Development. Dat systeemperspectief vond hij terug in drie cursussen van High Tech Institute, van breed mechatronisch ontwerp tot het meer specialistische vakgebied aandrijftechniek.
VDL ETG Technology & Development (VDL ETG T&D) ontwikkelt vaak machines waarvoor nog geen bewezen ontwerp bestaat. Klanten kunnen met requirements komen die tegen de grenzen van het haalbare aanzitten, terwijl het uiteindelijke systeem gevalideerd, geïntegreerd en in grotere aantallen geproduceerd moet worden.
Keuzes binnen één discipline kunnen elders problemen veroorzaken. De elektronica kan het mechanische ontwerp beïnvloeden, terwijl de gekozen actuator warmte kan opwekken of het regelsysteem kan compliceren. Engineers moeten deze interacties vroeg genoeg opmerken om te voorkomen dat een lokale oplossing een probleem wordt voor het systeem als geheel.
Newton Fonseca, elektronica-architect bij VDL ETG T&D, werkt al vier jaar op het snijvlak van deze disciplines. Hij behaalde zijn PhD in zijn geboorteland Brazilië en in Frankrijk voordat hij naar Nederland verhuisde.
‘Als elektronica-architect verbind ik de verschillende takken die uit de elektronica voortkomen: elektromechanische engineering, elektronisch ontwerp en PCB-ontwerp’, legt Fonseca uit. In zijn werk ziet hij verschillende fasen van ontwikkeling, van het definiëren van een nieuw systeem en het bouwen van een proof of concept tot het oplossen van integratieproblemen en het verbeteren van machines die al in het veld staan.
Breed perspectief
Door in verschillende ontwikkelfasen te werken, leerde Fonseca vooruit te denken: ‘Een beslissing die je neemt tijdens het definiëren van een systeem of het bouwen van een proof of concept kan later, tijdens integratie, validatie of productie, tot problemen leiden. In de ontwerpfase moet je daar dus al over nadenken.’ Dat vereist meer dan alleen kennis van de elektronica.
Hoewel hij vanuit de universiteit al een sterke theoretische achtergrond had in systeemengineering, wilde Fonseca een praktischere aanpak voor het ontwikkelen van complexe mechatronische systemen. In 2024 volgde hij de cursussen ‘Mechatronics system design’ deel 1 en 2 bij High Tech Institute. De cursussen gebruiken praktijkvoorbeelden om te laten zien hoe verschillende disciplines op elkaar inwerken en hoe keuzes op systeemniveau beoordeeld kunnen worden.
Voor Fonseca was dat brede perspectief het belangrijkste voordeel van de cursussen. Hij hoeft het werk van een mechanisch, thermisch of regeltechnisch specialist niet over te nemen, maar moet wel herkennen wanneer een beslissing hun deel van het systeem raakt. Dat maakt het makkelijker om de juiste vragen te stellen en mogelijke oplossingen met experts uit andere disciplines te bespreken.
Systeemniveau
Waar ‘Mechatronics system design’ Fonseca een breed beeld gaf van hoe de verschillende disciplines binnen een complex systeem op elkaar inwerken, ligt zijn expertise bij vermogenselektronica en regeltechniek. ‘Actuation and power electronics’ bij High Tech Institute was een logische keuze. Hij kende trainer Adrian Rankers al van ‘Mechatronics system design’ en was te spreken over de manier waarop die technische diepgang combineert met praktische voorbeelden.
‘Binnen VDL ETG T&D ontwerpen we actuatoren voor hoogwaardige systemen, waarbij de requirements erg strak kunnen zijn’, legt Fonseca uit. ‘Je moet goed begrijpen wat de implicaties zijn van de keuzes die je maakt.’ De cursus ‘Actuation and power electronics’ behandelde die keuzes aan de hand van actuatorspecificaties, verschillende aandrijfprincipes, vermogenselektronica en regeltheorie.
Een motor zet elektrische energie om in mechanische beweging, maar dat is maar één onderdeel van een actuator. Engineers moeten eerst bepalen welke actuatortopologie het beste past bij de toepassing. Afhankelijk van de gewenste beweging, kracht en precisie kan dat een conventionele motor zijn of een ander principe, zoals een piëzoactuator. Elke optie heeft zijn eigen beperkingen en kan op verschillende manieren geoptimaliseerd worden.
Een actuator kan warmte genereren, nieuwe eisen stellen aan de mechanische constructie of het moeilijker maken om de regelkring te optimaliseren. ‘Als je een actuator ontwerpt, moet je opletten hoe jouw beslissingen de mechanische en thermische oplossingen beïnvloeden’, zegt Fonseca. Dus hoewel ‘Actuation and power electronics’ zich richtte op één specifiek deel van het ontwerp, werd de actuatorselectie toch neergezet als een beslissing op systeemniveau.
Systeemarchitectuur
Alle drie de cursussen gaven Fonseca meer achtergrond om ontwerpkeuzes te bespreken met experts uit deze vakgebieden en om te herkennen wanneer hun inbreng nodig is. VDL ETG volgt de ontwikkelingen op de voet en stimuleert medewerkers om te groeien. ‘Ik heb nog niets vastgelegd, maar de systeemarchitectuurtraining heeft mijn interesse gewekt’, geeft Fonseca aan. ‘Die training zou weer een stap zijn richting het begrijpen van het complete ontwikkelproces van de eerste systeemdefinitie tot integratie, productie en verbeteringen in het veld.’
Hoofdbeeld: VDL ETG. Dit artikel werd geschreven in nauwe samenwerking met High Tech Institute.
